炼化企业系统节能技术

1、 华华 贲贲 强化传热与过程节能教育部重点实验室强化传热与过程节能教育部重点实验室 华南理工大学天然气利用研究中心华南理工大学天然气利用研究中心 20072007年年4 4月月2525日日. .杭州杭州 节能技术与节能标准培训班讲座节能技术与节能标准培训班讲座 主要内容主要内容 一、中国能源和油气资源的严峻形势一、中国能源和油气资源的严峻形势 二、炼油企业资源和能源利用战略问题二、炼油企业资源和能源利用战略问题 三、工艺装置热联合的节能原理和潜力三、工艺装置热联合的节能原理和潜力 四、炼油厂低温热利用的潜力和途径四、炼油厂低温热利用的潜力和途径 五、炼化企业蒸汽动力系统的优化运营和设计五、炼化

2、企业蒸汽动力系统的优化运营和设计 六、炼化企业资源和能源的协同优化六、炼化企业资源和能源的协同优化 一、一、中国能源和油气资源的严峻形势中国能源和油气资源的严峻形势 3 1、中国的能源形势严峻：、中国的能源形势严峻： （1）、资源紧缺，不敷需要）、资源紧缺，不敷需要 0 2 4 6 8 10 CoalPetoroleumSum of energy resources World average China 我国能源资源人均拥有量只有世界平均水平的一半我国能源资源人均拥有量只有世界平均水平的一半 Comparison of energy resources per capita 7 % 50 %

3、 4 1、中国能源形势严峻：、中国能源形势严峻： （2）、能源利用效率低下）、能源利用效率低下 能源利用效率能源利用效率33.4%（世均（世均43%，发达国，发达国52-55%） 占工业能耗占工业能耗73的的8个行业个行业33种产品单位能耗平均比世界种产品单位能耗平均比世界 先进水平高先进水平高47（比先进水平多耗用能（比先进水平多耗用能2.3亿吨标煤亿吨标煤/年）年） 建筑物单位面积能耗比发达国家高建筑物单位面积能耗比发达国家高2-3倍。倍。 交通能耗比发达国家低交通能耗比发达国家低20%以上。以上。 5 中国与世界先进水平单位产品能耗之比中国与世界先进水平单位产品能耗之比 0 50 100

4、 150 200 炼钢炼钢乙烯乙烯建材建材 发达国家发达国家 中国中国 100 173.9 150148.8 100 100 6 1、中国能源形势严峻：、中国能源形势严峻： （3）、能源环境问题突出）、能源环境问题突出 以煤为主的一次能源结构造成了严重的环境污染。以煤为主的一次能源结构造成了严重的环境污染。 酸雨率全国酸雨率全国40%、广东、广东70%， 343343个城市中仅个城市中仅1/31/3达二级达二级 空气质量标准；空气质量标准；世界污染严重的世界污染严重的20城市中国占城市中国占16个个 SO2排放量的排放量的90%，NOx排放量的排放量的60%都来自于燃煤。都来自于燃煤。 全国全

5、国SO2排放总量超过环境承载能力的排放总量超过环境承载能力的70%左右。左右。 生态破坏造成的经济损失已占生态破坏造成的经济损失已占GDP的的8%。 已严重威胁经济和社会的可持续发展已严重威胁经济和社会的可持续发展 ！ 7 1、中国能源形势严峻：、中国能源形势严峻： （ 3）、能源环境问题突出）、能源环境问题突出 单位：百万吨单位：百万吨 * * 百万吨百万吨COCO2 2 当量 当量 温室温室 气气 体体 二氧化二氧化 碳碳 甲烷甲烷*氧化亚氮氧化亚氮*沙尘沙尘黑碳黑碳二氧化硫二氧化硫 中国中国30519595388001.1919.95 世界世界 总量总量 2317263403570300

6、06.63105 中国中国 位次位次 211111 (引自孙鸿烈院士报告引自孙鸿烈院士报告2004年年9月北京，中国科技论坛）月北京，中国科技论坛） 8 1、中国能源形势严峻：、中国能源形势严峻： （3）、能源环境问题突出）、能源环境问题突出 (Million metric tons carbon) Source: LBNL 9 24.824.8 4040 24.8 8.28.2 2.22.2 27.127.1 36.836.8 23.6 6.16.1 6.26.2 6969 22.222.2 2.5 5 5 0 0 1010 2020 3030 4040 5050 6060 7070 美国美

7、国世界平均世界平均中国中国 煤煤 石油石油 天然气天然气 核能核能 水电水电 中国与世界一次能源消费结构比较（中国与世界一次能源消费结构比较（20042004年）年） （美国数据为（美国数据为20012001年）年） 1、中国能源形势严峻：、中国能源形势严峻： （3）、能源环境问题突出）、能源环境问题突出 10 1、中国能源形势严峻：、中国能源形势严峻： （4）、资源对外依存度增长过快）、资源对外依存度增长过快 2006：47% 11 中国能源形势中国能源形势 1980年以来能源消耗年增长年以来能源消耗年增长4.6，是世界增长率是世界增长率3倍。倍。 2001年能源消费年能源消费1.25万亿元

8、，万亿元，占占GDP的的13.5，美国，美国7 GDP为世界为世界4%，能源消费能源消费19.7亿吨标煤，占世界亿吨标煤，占世界11%。 钢铁、煤炭、水泥年消费钢铁、煤炭、水泥年消费占世界的占世界的25%、30%和和50% 电力装机电力装机4.4亿亿kW,世界第二。世界第二。14%/年增。仍缺年增。仍缺0.3亿亿kW 事关国家战略安全，经济社会可持续发展！事关国家战略安全，经济社会可持续发展！ 12 中国能源中国能源 2005- 总能耗总能耗 煤煤 原油原油 天然气天然气 水电水电 核电核电 2005 22.2 21.4 3.0 500 4010 5202005 22.2 21.4 3.0 5

9、00 4010 520 2006 24.6 23.7 3.2 536 4167 5342006 24.6 23.7 3.2 536 4167 534 单位单位 亿吨标煤亿吨标煤 亿吨亿吨 亿吨亿吨 亿亿m m3 3 亿 亿kWh kWh 亿亿kWhkWh 增长增长% 9.3 9.6 7.1 19.9 5 2.4% 9.3 9.6 7.1 19.9 5 2.4 万元万元GDP GDP 能耗能耗1.21tec,1.21tec,降低降低 1.23 %,1.23 %,未完成降未完成降4% 4% 的任务。的任务。 能源能源 低效消耗低效消耗 燃煤为主燃煤为主 依赖外界依赖外界 环境环境 生态破坏生态破坏

10、 环境污染环境污染 资源耗竭资源耗竭 经济经济 着重着重GDP 结构失衡结构失衡 粗放性经济粗放性经济：高能耗、高消耗、高污染、低效率：高能耗、高消耗、高污染、低效率 无以为继无以为继 不可持续不可持续 能源能源 能源结构能源结构 利用效率利用效率 环境环境 生态循环生态循环 生存条件生存条件 经济经济 社会发展社会发展 产业结构产业结构 平衡、协调平衡、协调 科学发展观，可持续发展，新型工业化道路，循环经济科学发展观，可持续发展，新型工业化道路，循环经济 15 2、中国的能源战略、中国的能源战略 n节能优先节能优先,效率为本效率为本;（科学用能）（科学用能） n煤为基础煤为基础,多元发展多元

11、发展;（油、气、再生能源）（油、气、再生能源） n立足国内立足国内,开拓海外开拓海外;（经济全球化）（经济全球化） n统筹城乡统筹城乡,合理布局合理布局;（城市化（城市化40%-70%） n依靠科技依靠科技,创新体制创新体制;（高科技、体制创新）（高科技、体制创新） n保护环境保护环境,保障安全保障安全. （改善生态，战略安全）（改善生态，战略安全） 二、中国炼油企业资源和能源利用战略问题二、中国炼油企业资源和能源利用战略问题 17 中国炼油企业资源和能源的严峻形势中国炼油企业资源和能源的严峻形势 n 中国炼油企业能源和资源形势中国炼油企业能源和资源形势 2006年我国原油消耗已超过年我国原油

12、消耗已超过3亿吨亿吨,对外依存度达对外依存度达47% 2020年我国原油需求估计（低方案）年我国原油需求估计（低方案）4.5亿吨亿吨/年年 自产自产1.8亿吨亿吨/年年(高估高估2亿吨亿吨/年年)，缺口，缺口2.5-2.7亿吨亿吨/年年 2004年，石化工业耗能年，石化工业耗能2.5亿吨，占全国总能耗亿吨，占全国总能耗16%。包括加。包括加 工能耗和资源消耗的节油节能任重道远！工能耗和资源消耗的节油节能任重道远！ 终端产品终端产品:1、交通燃料、交通燃料 2、化工产品、化工产品 3、炼油、石化工业自用燃料和其他工业燃料、炼油、石化工业自用燃料和其他工业燃料 18 中国炼油企业资源和能源的严峻形

13、势中国炼油企业资源和能源的严峻形势 n 中国炼油企业高效利用能源的历史责任中国炼油企业高效利用能源的历史责任 （1）美国能源部报告：美国工业第一耗能大户是炼油厂，要求炼）美国能源部报告：美国工业第一耗能大户是炼油厂，要求炼 油厂进一步提高能源利用效率：油厂进一步提高能源利用效率：大联合装置能量集成优化利用大联合装置能量集成优化利用 ；热电联供；加强节能控制；用新型和强化换热器、基本消灭；热电联供；加强节能控制；用新型和强化换热器、基本消灭 污垢；大型设备节能等污垢；大型设备节能等。目标：炼油能耗降低目标：炼油能耗降低10%，高耗能装，高耗能装 置降低置降低20%，原油利用率接近，原油利用率接近

14、100% （2）国家十一五节能规划要求：）国家十一五节能规划要求： 工业热电联产节能：工业热电联产节能：1100万万kW,节能节能2200万吨标煤万吨标煤/年年 能量系统优化技术运用：降低能耗能量系统优化技术运用：降低能耗1015%； 单位单位GDP能耗降低能耗降低20%； 炼油工业单位能耗降低炼油工业单位能耗降低 20%； 19 中国炼油企业资源和能源利用策略中国炼油企业资源和能源利用策略 1 1、优化调整能耗结构：、优化调整能耗结构： 在在能量优化能量优化前提下，前提下，最高效、最洁净地利用氢转移加工过最高效、最洁净地利用氢转移加工过 程中形成的焦炭，程中形成的焦炭，使其有与天然气和煤相同

15、的使用价值使其有与天然气和煤相同的使用价值 可能性：可能性：FCC焦碳燃烧特殊工艺，焦碳燃烧特殊工艺，CFB炉炉 其它的其它的“一、二次一、二次”加工产物加工产物(包括炼厂气、油浆、渣油包括炼厂气、油浆、渣油)都都 尽可能尽可能最经济地转化为车用燃料和化学品最经济地转化为车用燃料和化学品 改变一切自给自足观点，在改变一切自给自足观点，在所在地区规划能量大系统联合所在地区规划能量大系统联合 优化：优化： 汽、电、热与邻近企业联合汽、电、热与邻近企业联合（包括买入和售出）；（包括买入和售出）； 发挥炼油厂热电比的优势，发挥炼油厂热电比的优势，高效利用便宜的煤和天然气高效利用便宜的煤和天然气 20

16、天然气在中国一次能源格局中的地位基本思路天然气在中国一次能源格局中的地位基本思路 n 国家能源结构调整国家能源结构调整,大力发展天然气的战略不可动摇大力发展天然气的战略不可动摇 这是环境状况和可持续发展的要求这是环境状况和可持续发展的要求 n 天然气在能源构成中的比例增加天然气在能源构成中的比例增加，是必定的，是必定的 n 今后的世界能源格局下今后的世界能源格局下,天然气总比石油价格低天然气总比石油价格低 n 天然气的下游市场在替代石油及其产品的项目（大城天然气的下游市场在替代石油及其产品的项目（大城 市内的燃气锅炉、城市燃气、市内的燃气锅炉、城市燃气、LPG、车用汽柴油）、车用汽柴油） n

17、用天然气直接替代煤的项目在中国经济性较差用天然气直接替代煤的项目在中国经济性较差 21 ”油气化一体化油气化一体化” ：深圳某深圳某LNGLNG生态化工园区生态化工园区 22 某生态化工园区某生态化工园区DES/CCHPDES/CCHP规划规划 -”-”油气化一体化油气化一体化”之例之例 n 以天然气为主要原料和能源，兼用石油或加工产品以天然气为主要原料和能源，兼用石油或加工产品 n 120万吨万吨/年乙烯为龙头的化工园区年乙烯为龙头的化工园区 n 约约300MW燃气轮机燃气轮机蒸汽轮机冷热电联产系统蒸汽轮机冷热电联产系统 n 高、中、低压蒸汽，热水，冷水管网集中供应高、中、低压蒸汽，热水，冷

18、水管网集中供应 n 能源利用效率高，环境友好，生产成本降低能源利用效率高，环境友好，生产成本降低 23 2 2、氢元素的平衡优化：能源与资源协调优化、氢元素的平衡优化：能源与资源协调优化 n 炼油加工实质是氢转移过程炼油加工实质是氢转移过程 n 焦碳的生成是碳富集和氢转移过程的必然结果焦碳的生成是碳富集和氢转移过程的必然结果 n 加氢工艺是生产发动机燃料的必由之路加氢工艺是生产发动机燃料的必由之路 n 煤高效、洁净转化制氢是中国的优化选择之一煤高效、洁净转化制氢是中国的优化选择之一 n 天然气与石油加工的集成优化天然气与石油加工的集成优化( (油气化一体化）油气化一体化） 24 25 中国能源

19、资源形势决定炼油厂能源结构的大趋势中国能源资源形势决定炼油厂能源结构的大趋势 n 必须认识到，必须认识到，炼油加工是氢元素重组过程。除非有大炼油加工是氢元素重组过程。除非有大 量外来氢源，要获得含氢更多的轻质产品，必定同时量外来氢源，要获得含氢更多的轻质产品，必定同时 产生含碳更多的副产品。产生含碳更多的副产品。焦碳是在现有技术下高含碳焦碳是在现有技术下高含碳 副产的一种选择。应当力求产生含氢尽量少的焦炭。副产的一种选择。应当力求产生含氢尽量少的焦炭。 把焦炭作为炼油过程的一次能源，同炼厂气和渣油一把焦炭作为炼油过程的一次能源，同炼厂气和渣油一 样地高效利用，应当是一种合理的选择。样地高效利用

20、，应当是一种合理的选择。 26 3 3、扩大装置规模和建设联合装置、扩大装置规模和建设联合装置 n 改变新、扩建炼厂规划指导思想，深化前期工作改变新、扩建炼厂规划指导思想，深化前期工作 n 在具备一定对市场适应性前提下，在具备一定对市场适应性前提下，加深装置热联合加深装置热联合 n 降低工艺总用能、提高回收率、减少供入能降低工艺总用能、提高回收率、减少供入能 集中布置和先进控制技术为此奠定了基础集中布置和先进控制技术为此奠定了基础，实例：，实例： 美国蒸馏美国蒸馏加氢裂化联合装置加氢裂化联合装置 日本减压蒸馏日本减压蒸馏-润滑油联合装置，润滑油联合装置，FCCFCC与焦化联合装置与焦化联合装置

21、 27 装置名称装置名称19901990年，加工能力，万年，加工能力，万t/at/a 19991999年，加工能力，万年，加工能力，万t/at/a 原油蒸馏原油蒸馏美国加里维尔炼厂美国加里维尔炼厂 12751275 美国贝汤炼厂美国贝汤炼厂 12501250 沙特腊斯塔努拉炼厂沙特腊斯塔努拉炼厂 12501250 西班牙索莫罗斯罗特西班牙索莫罗斯罗特 12001200 日本出光兴产千叶厂日本出光兴产千叶厂 10501050 美国贝汤炼厂美国贝汤炼厂 新加坡裕廊炼厂新加坡裕廊炼厂 10001000 减压蒸馏能力减压蒸馏能力 600 600 FCC FCC 蜡油蜡油美国贝汤炼厂美国贝汤炼厂 600

22、600 美国贝汤炼厂美国贝汤炼厂 600 600 美国林登炼厂美国林登炼厂 560560 美国林登炼厂美国林登炼厂 600600 FCC FCC 渣油渣油美国科帕克里斯蒂炼厂美国科帕克里斯蒂炼厂 325 325 印尼巴隆炼厂印尼巴隆炼厂 425425 韩国蔚山炼厂韩国蔚山炼厂 345345 印尼巴隆炼厂印尼巴隆炼厂 425425 世界大型炼油装置举例世界大型炼油装置举例(引自李志强）引自李志强） 28 世界大型炼油装置举例世界大型炼油装置举例 装置名称装置名称 加工能力，万加工能力，万t/at/a19991999年，加工能力，万年，加工能力，万t/at/a 连续再生催化重整连续再生催化重整 美

23、国马尔卡斯湾炼厂美国马尔卡斯湾炼厂 230230 美国美国CitgoCitgo石油公司石油公司 科珀斯克里斯蒂炼厂科珀斯克里斯蒂炼厂 223223 美国美国KochKoch炼制公司科珀斯克里斯蒂炼厂炼制公司科珀斯克里斯蒂炼厂 215215 延迟焦化延迟焦化 美国帕斯卡戈拉炼厂美国帕斯卡戈拉炼厂 310310 美国泛美公司路易斯安那炼厂美国泛美公司路易斯安那炼厂 412412 印度印度RelianceReliance公司炼厂公司炼厂19981998建成）建成） 450450 委内瑞拉委内瑞拉SincorSincor公司（设计中）公司（设计中） 770770 29 世界大型炼油装置举例世界大型炼油

24、装置举例 装置名称装置名称19991999年，加工能力，年，加工能力， 万万t/at/a 加氢裂化加氢裂化 科威特舍巴炼厂科威特舍巴炼厂 306 加拿大阿尔伯塔（设计中，沸腾床）加拿大阿尔伯塔（设计中，沸腾床） 440 加氢精制加氢精制美国贝汤炼厂美国贝汤炼厂 335 加氢脱硫，蜡油加氢脱硫，蜡油美国贝汤炼厂美国贝汤炼厂 500 RDS 美国帕斯卡戈拉炼厂美国帕斯卡戈拉炼厂 480 VRDS 日本室兰炼厂日本室兰炼厂 125 韩国蔚山炼厂韩国蔚山炼厂 192 烷基化烷基化 美国阿莫科公司美国阿莫科公司美国阿莫科公司美国阿莫科公司 德克萨斯城炼厂德克萨斯城炼厂 105德克萨斯城炼厂德克萨斯城炼厂

25、 150 30 4 4、热电联产和能量综合优化技术应用、热电联产和能量综合优化技术应用 n 能量转换设施大型化，新技术成熟能量转换设施大型化，新技术成熟, ,天然气的到来天然气的到来 为热电联产创造条件（为热电联产创造条件（GTCCGTCC，IGCCIGCC、CFB.)CFB.) 燃气轮机与大型加热炉联合燃气轮机与大型加热炉联合 煤气化煤气化联产动力系统；天然气的优化利用联产动力系统；天然气的优化利用 n 低温热在装置与公用工程系统间的集成优化利用低温热在装置与公用工程系统间的集成优化利用某某 些外国公司：装置用能，公用工程供能些外国公司：装置用能，公用工程供能-观点的片面性观点的片面性 31

26、 中国大型工业分布式冷热电联供的潜力中国大型工业分布式冷热电联供的潜力 n 炼油和石油化学工业是天然气最大的工业燃料市炼油和石油化学工业是天然气最大的工业燃料市 场场. .中国炼油量近期中国炼油量近期3-43-4亿吨亿吨/ /年，沿海和油气田年，沿海和油气田 附近的炼油厂用天然气部分替代目前烧掉的附近的炼油厂用天然气部分替代目前烧掉的重油重油 和炼厂气中可用的乙烷、乙烯和制氢原料和炼厂气中可用的乙烷、乙烯和制氢原料，约需约需 1500-20001500-2000万吨万吨/ /年天然气年天然气; ;并可使能源效率大大并可使能源效率大大 提高（天然气是极好的燃气轮机燃料）！提高（天然气是极好的燃气

27、轮机燃料）！ 32 5、中国炼油企业一次能源构成的优化决策、中国炼油企业一次能源构成的优化决策 n 中国炼油企业能源构成的演变中国炼油企业能源构成的演变 n 80年代前，副产渣油和外部供电为主要一次能源年代前，副产渣油和外部供电为主要一次能源 n 60年代的典型配置：年代的典型配置：3台台120t/h中压锅炉，中压锅炉，212MW抽凝机组抽凝机组 ，背压机组带压缩机。部分炼厂还有，背压机组带压缩机。部分炼厂还有1.3MPa低压锅炉。低压锅炉。 n 二次加工装置快速发展，炼厂气和焦碳在能耗构成中的比例二次加工装置快速发展，炼厂气和焦碳在能耗构成中的比例 大大增加。但不少还是用中压锅炉烧部分渣油来

28、发电产蒸汽大大增加。但不少还是用中压锅炉烧部分渣油来发电产蒸汽 ，总的能源的转换效率提高不大，总的能源的转换效率提高不大 渣油能卖渣油能卖3700元元/吨的时候，还烧吗？吨的时候，还烧吗？ 33 中国炼油企业能源构成的演变中国炼油企业能源构成的演变 n 同期国外炼厂能源构成趋于清洁化、转换技术长足进展。同期国外炼厂能源构成趋于清洁化、转换技术长足进展。 n 国外许多炼油厂以天然气作为一次能源并采用高效的燃气轮机国外许多炼油厂以天然气作为一次能源并采用高效的燃气轮机 与锅炉或加热炉热电联产技术。燃机效率大幅度提高，一次发与锅炉或加热炉热电联产技术。燃机效率大幅度提高，一次发 电效率已达电效率已达

29、33%45%，总佣效率可以达到，总佣效率可以达到70%! n 中国炼油厂未能采用，一个原因是管理体制和机制问题，另一中国炼油厂未能采用，一个原因是管理体制和机制问题，另一 个是天然气资源没有开发。个是天然气资源没有开发。2002年中国一次能源构成中煤占年中国一次能源构成中煤占 62%，天然气只占，天然气只占2.7%。 n 中国沿海部分炼油厂采用这项技术的时机已经到来！中国沿海部分炼油厂采用这项技术的时机已经到来！ 34 在在能量优化能量优化前提下，最高效、最洁净地利用氢转前提下，最高效、最洁净地利用氢转 移加工过程中形成的焦炭，使其有与天然气和煤移加工过程中形成的焦炭，使其有与天然气和煤 相同

30、的使用价值相同的使用价值 炼厂气、油浆、渣油等一、二次加工产物尽可能炼厂气、油浆、渣油等一、二次加工产物尽可能 最经济地转化为车用燃料和化学品最经济地转化为车用燃料和化学品 与所在地区规划能量大系统联合优化，汽、电、与所在地区规划能量大系统联合优化，汽、电、 热与邻近企业联合（包括买入和售出）；热与邻近企业联合（包括买入和售出）； 发挥炼油厂热电比的优势，高效利用便宜的煤和发挥炼油厂热电比的优势，高效利用便宜的煤和 天然气天然气. . 考虑制氢原料考虑制氢原料 优化调整炼油厂一次能源结构优化调整炼油厂一次能源结构 35 炼油企业能源构成的超结构模型和计算机辅助决策系统炼油企业能源构成的超结构模

31、型和计算机辅助决策系统 36 三、工艺装置热联合的原理和节能潜力三、工艺装置热联合的原理和节能潜力 37 炼油厂能量系统优化的炼油厂能量系统优化的四个主要内容四个主要内容 （1） 工艺装置能量优化工艺装置能量优化 （2） 工艺装置及与其它单元工艺装置及与其它单元 之间的热联合之间的热联合 （3） 全厂低温热优化利用全厂低温热优化利用 （4） 蒸汽动力系统综合优化蒸汽动力系统综合优化 38 39 上、下游装置热出料参数和热集成方案的上、下游装置热出料参数和热集成方案的 优化辅助平台优化辅助平台 n 从装置内部完全换热网络匹配到完全从装置内部完全换热网络匹配到完全t t延续安排；延续安排； n 多

32、产品、多原料组合条件下的边界匹配；多产品、多原料组合条件下的边界匹配； n 装置内换热网络匹配优先原则指导下的装置内换热网络匹配优先原则指导下的“松弛松弛”； n 建立数学模型和求解的可能性探索；建立数学模型和求解的可能性探索； 离散可行方案情况下的方案制订和评价比较。离散可行方案情况下的方案制订和评价比较。 40 某炼厂的上、下游装置的某炼厂的上、下游装置的T-HT-H图图 41某炼油厂上、下游装置某炼油厂上、下游装置-Q分析图分析图 42 提高热出料温度后两个提高热出料温度后两个HEN优化重组优化重组 方向和效益的选择方向和效益的选择 n 装置内部换热网络重新匹配：减少发生低压蒸汽，进一步

33、优化传装置内部换热网络重新匹配：减少发生低压蒸汽，进一步优化传 热温差，达到同样的热回收效果：热温差，达到同样的热回收效果： n 余出的下游装置高温热流用于热联合，节省加热炉燃料，或发高余出的下游装置高温热流用于热联合，节省加热炉燃料，或发高 压蒸汽；或用于大系统低温热利用；压蒸汽；或用于大系统低温热利用； n 进一步降低能耗；进一步降低能耗； n 进一步节省换热器投资；进一步节省换热器投资； 43 渣油与原油换热网络渣油与原油换热网络 3个出料温度选择：个出料温度选择：164 C，220 C，252 C 渣油渣油 44 加深热联合的改进加深热联合的改进 n 某某1000万吨万吨/年大型炼油厂

34、年大型炼油厂 n 主要工艺装置集中布置、集中控制主要工艺装置集中布置、集中控制 n 蒸馏装置产品热出料到下游蒸馏装置产品热出料到下游: 重整、催化裂化、加氢裂化、延迟焦化重整、催化裂化、加氢裂化、延迟焦化 n 催化裂化、加氢裂化部分工艺物流余热同初底油换热催化裂化、加氢裂化部分工艺物流余热同初底油换热 减二减三换热流程（与加氢处理进料的关系）减二减三换热流程（与加氢处理进料的关系） 此二换热器用于脱前换热此二换热器用于脱前换热120 左右，左右，可用其他热源取代可用其他热源取代 减二减二 减三减三 A 常减压常减压 加氢处理加氢处理 缓冲罐缓冲罐 （哈尔滨（哈尔滨SEI设计设计62） 46 加

35、氢处理装置换热流程加氢处理装置换热流程 362 C自分馏塔来自分馏塔来 减二减三进减二减三进 料预热料预热 进缓冲罐进缓冲罐 分馏塔进料预热分馏塔进料预热 进缓冲罐进缓冲罐 A 置换出来置换出来279-170热流，何用？热流，何用？ 47 四、炼油厂低温热回收利用潜力和途径四、炼油厂低温热回收利用潜力和途径 I、大量的低温热是因能量匹配不合理而产生、大量的低温热是因能量匹配不合理而产生 1、扩建或新建装置项目审批时间长，设计时间短，、扩建或新建装置项目审批时间长，设计时间短， “来不及来不及”考虑与原有装置和系统的能量集成优化考虑与原有装置和系统的能量集成优化; 2、委托设计的炼油厂对问题和后

36、果的严重性缺乏认识、委托设计的炼油厂对问题和后果的严重性缺乏认识 3、设计院任务重、时间紧；两方面因素导致脱离全厂、设计院任务重、时间紧；两方面因素导致脱离全厂 能量优化目标，孤立考虑设计范围内的用能。能量优化目标，孤立考虑设计范围内的用能。 4、结果：多用燃料、电、蒸汽、水，较多低温热排放、结果：多用燃料、电、蒸汽、水，较多低温热排放 这就造成每上一个新装置，增加一批公用这就造成每上一个新装置，增加一批公用 工程，低温热也增加一笔的现象。工程，低温热也增加一笔的现象。 如果新建装置能与原有装置和系统能量集如果新建装置能与原有装置和系统能量集 成匹配，那么很多新增高温热源便可以不用成匹配，那么

37、很多新增高温热源便可以不用 ，许多排弃的低温热也便可以在原有装置中，许多排弃的低温热也便可以在原有装置中 匹配利用了匹配利用了. 大量的低温热是因能量匹配不合理而产生大量的低温热是因能量匹配不合理而产生 1、对、对“低温热资源低温热资源” 认识的片面性认识的片面性 调查现有冷却器负荷，取某个温度为界限，调查现有冷却器负荷，取某个温度为界限， 列出列出 “现有低温热资源一览表现有低温热资源一览表”。按此考虑和制。按此考虑和制 定利用计划。定利用计划。 问题（点评）：问题（点评）： “现有低温热资源现有低温热资源”不是确定的。其中很大不是确定的。其中很大 一部分将随能量系统优化而消失，即作为有效利

38、一部分将随能量系统优化而消失，即作为有效利 用工艺热流而回收利用。用工艺热流而回收利用。 II、当前炼油厂低温热利用现状和问题、当前炼油厂低温热利用现状和问题 2、 “低温热利用低温热利用”对策：分散、随机对策：分散、随机 随机选用某个随机选用某个“低温热源低温热源”，随机决定低温热阱。，随机决定低温热阱。 没有系统全局考虑，没有年度规划，没有技术经没有系统全局考虑，没有年度规划，没有技术经 济核算，好比济核算，好比“拉郎配拉郎配”, “乱点鸳鸯乱点鸳鸯”。 实例：许多炼厂有实例：许多炼厂有7、8个低温热换系统，个低温热换系统， 每个系统每个系统1-2个热源，个热源，3-4个热阱个热阱 。物流

39、温位高低不等。物流温位高低不等。 问题：问题： 分散、随机的匹配，很难做到合理，更不用说优化。分散、随机的匹配，很难做到合理，更不用说优化。 3、低温热降质利用、低温热降质利用 例例1、催化主分馏塔一中回流（、催化主分馏塔一中回流（170 ），）， 用于用于加加 热热60热媒水热媒水 例例2、催化顶循（、催化顶循（15090 ）加热）加热70采暖热水采暖热水 例例3、100热媒水用于热媒水用于60再沸器供热再沸器供热 例例4、 100回收凝结水与回收凝结水与10新鲜水混合新鲜水混合 问题：问题： 高热低用，必然导致低热无用。高热低用，必然导致低热无用。 某厂利用低温热仅占可用量某厂利用低温热仅

40、占可用量1/3。 53 佣耗是过程进行的推动力佣耗是过程进行的推动力 1、认识过程用能的本质和原理、认识过程用能的本质和原理 54 4、热媒水系统耗功费热、热媒水系统耗功费热 多系统、多网络造成水量大，泵功耗高；热多系统、多网络造成水量大，泵功耗高；热 媒水温降小，回水温度高；取不出工艺物流的低媒水温降小，回水温度高；取不出工艺物流的低 温热，往往需要补充蒸汽加热。温热，往往需要补充蒸汽加热。 问题：问题： 这是分散随机的必然结果。最低温的热阱得这是分散随机的必然结果。最低温的热阱得 不到充分利用，难以降低回水温度。不到充分利用，难以降低回水温度。 55 5、对变化条件适应性差、对变化条件适应

41、性差 低温热阱需求随季节变化很大，同一季节负荷随低温热阱需求随季节变化很大，同一季节负荷随 气象变化大。系统缺乏柔性调节手段和策略考虑，气象变化大。系统缺乏柔性调节手段和策略考虑， 用热多时蒸汽补充加热用热多时蒸汽补充加热-回水温度升高回水温度升高-取热减少取热减少- -用汽增加；形成恶性循环用汽增加；形成恶性循环。(越低温越取不出低温越低温越取不出低温 热）。热）。 问题：问题： 热媒水系统水量热媒水系统水量-温降优化柔性设计和可调温降优化柔性设计和可调 节特性是系统优化的关键之一。用好低温热阱可节特性是系统优化的关键之一。用好低温热阱可 以构成自适应的低温热回收系统。以构成自适应的低温热回

42、收系统。 56 哈尔滨石化目前低温热利用状况哈尔滨石化目前低温热利用状况: 1200t/h 热媒水热媒水 ，61-74 多路并联取热，塔顶，顶循，一中多路并联取热，塔顶，顶循，一中 多路并联供热，多路并联供热， 热量不足，蒸汽补，热量不足，蒸汽补， 冷不下来加大冷却水。冷不下来加大冷却水。 实际利用不到实际利用不到1/3。 57 图图1 典型的当前低温热利用系统图典型的当前低温热利用系统图 58 当前低温热利用系统的佣分析图当前低温热利用系统的佣分析图 59 1、不理解科学用能的原理、不理解科学用能的原理 （1）、科学用能的要义：温度对口、梯级利用）、科学用能的要义：温度对口、梯级利用 （2）

43、、能量的品位和质量概念）、能量的品位和质量概念 （3）、能量利用的本质：用其品质，而非用其数量）、能量利用的本质：用其品质，而非用其数量 （4）、能量的降质是最大的损失）、能量的降质是最大的损失 2、缺乏技术经济优化的观念和手段、缺乏技术经济优化的观念和手段 温差温差-佣损耗佣损耗-能量降质能量降质-回收率回收率 换热设备换热设备-传热系数传热系数-投资投资 单台换热器的优化单台换热器的优化 HEN 优化优化 III、问题的根源和深层次的理论缺失、问题的根源和深层次的理论缺失 60 同样同样4 GJ/h的热量的不同质量的热量的不同质量 在在360-320C时时: (Ex)t= 2.121 GJ

44、/h ; =0.530 在在130-90C时时 (Ex)t= 0.992 GJ/h ; = 0.248 1、认识过程用能的本质和原理、认识过程用能的本质和原理 61 热热佣佣的图示的图示:由由(Ex)t=Qd作图作图: t=360oC 14 =1-T0/T Q(K G/h) t=320oC t=290oC t=290oC t=130oC t=90oC =1-T0/T 14Q(KG/h) t=40oC t=30oC 360-320C 62 佣耗是过程进行的推动力佣耗是过程进行的推动力 1、认识过程用能的本质和原理、认识过程用能的本质和原理 63 佣耗是过程进行的推动力佣耗是过程进行的推动力 例例

45、：分分馏馏塔塔用用能能本本质质 F Td Tb CW Tc Tr 再沸器耗 塔耗 冷却器耗 冷却水排 供入 Td Tc Tb Tr =1-T0/T Q 再沸器耗 塔耗 冷却器耗 冷却水排 供入 Td Tc Tb Tr =1-T0/T Q 降低回流比，减 少供入 再沸器耗 塔耗 冷却器耗 回收 供入 Td Tc Tb Tr =1-T0/T Q 提高塔板效率，降 低塔压降，减少热 、压 损失 1、认识过程用能的本质和原理、认识过程用能的本质和原理 64 FCC 主分馏塔热利用佣分析图主分馏塔热利用佣分析图 林林源源炼炼油油厂厂一一套套催催化化装装置置改改造造前前后后分分馏馏塔塔取取热热分分析析图图

46、 油油浆浆 540 中中段段 550 轻轻柴柴 167 顶顶循循 226 塔塔顶顶 360 370 313 节节省省的的损损 改改造造后后的的损损 270 280 236 181 205 200 160 180 145145 150 131 145 110 78 60 75 75 80 104 80 136 134 40 30 40 55 40 Qx104 Kcal/h 采采暖暖 软软水水 采采暖暖水水 除除氧氧水水 原原料料 预预热热 除除氧氧水水 预预热热 解解 吸吸 塔塔 稳稳定定 塔塔 再再沸沸器器 发发生生 1MP 蒸蒸汽汽 与与 初初 底底 油油换换热热 160 0.55 0.5

47、0.4 0.3 0.2 0.1 热热水水 65 分馏塔：分馏塔：回流比板数优化回流比板数优化 换热网络：换热网络：传热温差换热面积优化传热温差换热面积优化 油品管线：油品管线：泵功耗管线及保温设施投资泵功耗管线及保温设施投资 费用费用O Od Oe Omin RoptRmin 回流比回流比R 局部最优化：二维参数求极小值局部最优化：二维参数求极小值 66 管径和保温厚度的优化设计管径和保温厚度的优化设计 5 内径内径, mm 100 费费 用用 元元/年年 米米 50 150 200 0 20 40 60 4 1 2 3 1管线保温费用；管线保温费用；2管线费用；管线费用；3散热佣损费用；散热

48、佣损费用；4 摩擦损失费用；摩擦损失费用；5总费用总费用 某热油品输送年费用与管径的关系的佣经济优化曲线某热油品输送年费用与管径的关系的佣经济优化曲线 67 3、缺乏系统工程观念和技术手段、缺乏系统工程观念和技术手段 1、大系统优化匹配，相应的工程、技术问题、大系统优化匹配，相应的工程、技术问题 2、 换热网络优化合成技术换热网络优化合成技术 3、低温热子系统与全局（装置、辅助系统、全厂）、低温热子系统与全局（装置、辅助系统、全厂） 4、相应的软件（模拟、优化）、相应的软件（模拟、优化） 68 1 单元过程和设备的优化和强化单元过程和设备的优化和强化 设备的能量综合优化设备的能量综合优化 -换

49、热器换热器的优化选型软件界面的优化选型软件界面 69 局部子系统的能量综合优化局部子系统的能量综合优化 70 局部子系统的能量综合优化局部子系统的能量综合优化 -HEN的图形匹配界面的图形匹配界面 71 IV、炼油厂低温热利用系统优化技术简介、炼油厂低温热利用系统优化技术简介 72 2 、充分利用好低温热源和变化的低温热阱、充分利用好低温热源和变化的低温热阱 n 热阱：热阱：原水、干燥空气、空调新风、采暖水、低温油原水、干燥空气、空调新风、采暖水、低温油 夏季：夏季：25302530 冬季：低于冬季：低于1010、-10-20 -10-20 、（、（50-70 50-70 ） n 热源热源 工

50、艺物流产品冷却工艺物流产品冷却100 -60-40 100 -60-40 凝汽透平低温冷凝潜热凝汽透平低温冷凝潜热40-70 40-70 n 负荷：相差负荷：相差2323倍倍 73 3、全面利用炼厂低温热的系统技术、全面利用炼厂低温热的系统技术 以脱氧软水为循环热媒体：以脱氧软水为循环热媒体： 通过改变流量和温差，调节取（携）热量通过改变流量和温差，调节取（携）热量 关键：冬季与低温热阱充分换热，关键：冬季与低温热阱充分换热，降低回水温度降低回水温度 理想的回水温度：理想的回水温度： 夏季：夏季：6060-90 -90 T 30 T 30 冬季：冬季：3030-90 -90 T 60 T 60

51、 冬季增加的低温热阱需要更低温热源冬季增加的低温热阱需要更低温热源 愈低回水温度，愈多取工艺热愈低回水温度，愈多取工艺热 74 3、自适应的低温热利用系统流程图、自适应的低温热利用系统流程图 缓冲罐 （密闭） 补水 泵1 补水加热器 回水冷却器 泵2 装置（热源） 热阱 75 4、设计关键：两个换热网络与、设计关键：两个换热网络与CSW系统协调系统协调 n 各装置工艺余热用于加热循环软水（各装置工艺余热用于加热循环软水（CSWCSW）热源网热源网 络络 工艺余热温度：工艺余热温度：60-10060-100，180 180 ，230 230 （烟气）（烟气） CSWCSW温度：温度：30-903

52、0-90，140 140 ，204 204 n CSWCSW与低温热阱间的换热网络与低温热阱间的换热网络-热阱网络热阱网络 按温位高低，流程顺畅，串联按温位高低，流程顺畅，串联-梯级利用梯级利用 换热网络优化设计的关键：换热网络优化设计的关键： 1 1、变化条件的适应性和可调性、变化条件的适应性和可调性 2 2、与循环软水网络参数的迭代协调、与循环软水网络参数的迭代协调 76 设计关键：循环热媒水管网优化设计设计关键：循环热媒水管网优化设计 n 主干管网流速和管径（变流量考虑）主干管网流速和管径（变流量考虑） n 热源热源/ /热阱侧串热阱侧串/ /并联安排并联安排 温度对口，梯级利用，避免差

53、温混合温度对口，梯级利用，避免差温混合 n 冬、夏不同工况时系统的适应性冬、夏不同工况时系统的适应性 柔性优化设计：变化条件的可调性柔性优化设计：变化条件的可调性 77 5、操作调节：、操作调节： 两个换热网络之间的集成模拟和协调优化两个换热网络之间的集成模拟和协调优化 n 调节手段：蒸汽补加热器调节手段：蒸汽补加热器 回水冷却器回水冷却器 流量调节控制流量调节控制 n 参数控制策略（用变化流量调节回水温度）参数控制策略（用变化流量调节回水温度） n 各种变工况的应对策略演练各种变工况的应对策略演练 n 计算机辅助的可视化优化操作模拟系统计算机辅助的可视化优化操作模拟系统 78 用例：林源炼油

54、厂用例：林源炼油厂FCCII低温热利用系统低温热利用系统 79 用例：大庆炼化低温热利用系统用例：大庆炼化低温热利用系统 n 变化热阱：罐区维温伴热（冬多夏少）变化热阱：罐区维温伴热（冬多夏少） 厂房采暖（冬有夏无）厂房采暖（冬有夏无） 干燥空气预热（冬干燥空气预热（冬-30 -30 夏夏+30 +30 ） n 流程安排策略：按温位串联流程安排策略：按温位串联 n 实际运行：冬季回水实际运行：冬季回水30-40 30-40 n 投资投资5 5千万元，约千万元，约3 3年回年回 n 节约燃料油节约燃料油 2-3t/h 2-3t/h 及蒸汽及蒸汽 80 用例：用例：XX 炼化低温热利用系统炼化低温

55、热利用系统 n 不停工改进，不停工改进，20072007 改串联，温度对口，梯级利用改串联，温度对口，梯级利用 n 热源、热阱两个网络优化（大部分只能改管线）热源、热阱两个网络优化（大部分只能改管线） n 关键：如何提高换热器的能力？关键：如何提高换热器的能力？ n 目标：扩大目标：扩大1.51.5倍倍-3400-3400万大卡万大卡/ /时时 n 能耗降低能耗降低5 5个单位个单位 n 十一五改造目标（十一五改造目标（20102010）：低温热）：低温热+ +热出料为契机的热热出料为契机的热 联合，联合，1515单位单位 81 XX石化石化2007年低温热梯级利用系统流程图（部分）年低温热梯

56、级利用系统流程图（部分） 82 XX石化石化2007年低温热梯级利用系统佣分析图年低温热梯级利用系统佣分析图 83 当前低温热利用系统的佣分析图当前低温热利用系统的佣分析图 84 4）储运节能三原则：）储运节能三原则： 原则一：原则一：储量最小化（原油、中间罐、成品罐）储量最小化（原油、中间罐、成品罐） 1、热联合创造条件砍掉大部分中间罐；留运营储备，、热联合创造条件砍掉大部分中间罐；留运营储备， 正常缓冲。正常缓冲。 2、原油最小储量、原油最小储量省流动资金，免维温省流动资金，免维温 3、在线调和节省成品油调和倒罐、在线调和节省成品油调和倒罐 85 原则二：原则二：储运参数最优化储运参数最优

57、化-最小维热温负荷：最小维热温负荷： （1）必要储存时间）必要储存时间;（2）适当提高进罐温度）适当提高进罐温度t1;（3）最低）最低 容许储存温度容许储存温度t2 ;（4）合理的良好保温）合理的良好保温 1、例、例1：大庆原油哈尔滨管输末站，：大庆原油哈尔滨管输末站，46，冷滤点，冷滤点33 ， 冬季散热温降冬季散热温降1 。10天之内无须维温加热。天之内无须维温加热。 2、黄岛油、黄岛油管输末站管输末站25-26，冷滤点，冷滤点0 ，临盘油，临盘油末站末站45- ，冷滤点，冷滤点35 ； 400万吨万吨/年厂耗汽年厂耗汽10t/h多多 3、运行策略：死罐与活罐、运行策略：死罐与活罐 4、抚

58、顺外输柴油的故事。、抚顺外输柴油的故事。 条件：温度监控，操作规定。条件：温度监控，操作规定。 86 原则三：原则三：选择适宜的加热方式选择适宜的加热方式 1、盘管、盘管改热媒水改热媒水 （一厂例）（一厂例） 2、进罐管线上：热媒水、进罐管线上：热媒水/管壳式管壳式HE （兰州例）（兰州例） 3、出罐口、泵入口：抽吸式加热器（蒸汽或热媒水）、出罐口、泵入口：抽吸式加热器（蒸汽或热媒水） 储运节能潜力巨大储运节能潜力巨大 1、降低工艺总用能、降低工艺总用能 2、回收大量低温热（很好的热阱）、回收大量低温热（很好的热阱） 3、节省泵功耗、节省泵功耗 87 2、与蒸汽动力系统密切配合：、与蒸汽动力系

59、统密切配合： 1）、低温热利用降低蒸汽用量需求，改变系统格局）、低温热利用降低蒸汽用量需求，改变系统格局 关键：反复调整系统方案，考虑冬夏不同，密切配合关键：反复调整系统方案，考虑冬夏不同，密切配合 2)、蒸汽生产过程两段（原水、除盐水予热）是难得热阱、蒸汽生产过程两段（原水、除盐水予热）是难得热阱 注意：热负荷随汽量和季节条件变化（特别是原水温）注意：热负荷随汽量和季节条件变化（特别是原水温） 3）、锅炉烟气低温段用于提高热媒水终温）、锅炉烟气低温段用于提高热媒水终温 注意：控制露点腐蚀，系统优化匹配注意：控制露点腐蚀，系统优化匹配 88 3、按照热阱负荷变化分开为两个系统、按照热阱负荷变化

60、分开为两个系统 1） 高温高温-低温两类工艺装置之间的热联合系统低温两类工艺装置之间的热联合系统 特点：热负荷、温度参数均较稳定，控制要求高特点：热负荷、温度参数均较稳定，控制要求高 2）用于储运、维温伴热、采暖的变负荷系统）用于储运、维温伴热、采暖的变负荷系统 热负荷及温度均随季节变化较大，控制要求不高热负荷及温度均随季节变化较大，控制要求不高 3）蒸汽动力系统用的低温热阱，可以置于两者中的任何）蒸汽动力系统用的低温热阱，可以置于两者中的任何 一个系统一个系统 依据情况而定。依据情况而定。 89 五、炼化企业蒸汽动力系统的优化运营和设计五、炼化企业蒸汽动力系统的优化运营和设计 90 运行营销